近年来，癌症已成为威胁人类生命健康的主要因素之一。集诊断和治疗于一体的光诊疗作为一种新型的癌症诊疗方法，具有无创、精准和高效等优点，是一种极具潜力的癌症诊疗方法。作为光诊疗的核心，高效光诊疗试剂的开发至关重要，其中共轭聚合物具有光稳定性强、摩尔消光系数大、光热性能优异、且结构易于通过单体进行调控等诸多优势，受到人们的广泛关注。然而由于共轭聚合物链间强烈的π-π相互作用，导致其荧光容易在聚集态下猝灭，因而共轭聚合物的荧光量子产率普遍偏低。因此，开发具有高近红外二区（NIR-II）荧光量子产率、高光热效应的有机共轭聚合物对于光热诊疗（PTT）的发展具有重要的研究意义。

近日，内蒙古大学王建国教授、姜国玉教授团队联合香港科技大学于涵博士提出了一种聚合物构象扭曲策略用于提升共轭聚合物荧光量子产率，实现了高效的 NIR-II成像引导的PTT 癌症光诊疗。该研究通过调整共轭聚合物单体之间的相互作用来调节分子内扭转角，进而改变共轭聚合物链间π-π 相互作用的强度，从而提升NIR-II发光效率。相关工作以“Spacer Twisting Strategy to Realize Ultrabright Near-Infrared II Polymer Nanoparticles for Fluorescence Imaging-Guided Tumor Phototheranostics”为题发表在ACS Nano上。

在这项研究中，作者选择了含/不含氟原子的A-DA’D-A型光敏剂和不同连接基元（乙烯基或噻吩基）作为单体来合成共轭聚合物（PY-IV、PYF-IT、PY-IT）（图1）。作者预测共轭聚合物的平面性可以通过单体间的旋转位阻以及H∙∙∙F/S∙∙∙F 构象锁来调节，进而调控分子间 π-π 相互作用，从而实现NIR-II荧光量子产率 (QY) 的增强。

图1. 聚合物的设计策略及其应用

作者使用 DSPE-mPEG₂₀₀₀ 和 F127（质量比为 1:1）作为包覆剂将其制备成亲水性的纳米粒子（NPs），其中PY-IT NPs的发射波长可以延长到1300 nm，其QY高达16.5%，显著高于商业化染料ICG和IR26（图2）。与此同时，PY-IT NPs的光热转换效率达到了72%，且表现出较好的光热稳定性（图3）。这些数据表明，PY-IT NPs是一种出色的NIR-II造影剂和光热转换试剂，为其在 NIR-II 成像引导的 PTT 应用提供了极大的可能性。

图2. NPs的光物理化学性质测试

图3. PY-IT NPs的光热性能及其稳定性测试

此外，作者进一步研究了PY-IT NPs在小鼠体内的成像和PTT治疗效果，优异的发光特性使得PY-IT NPs能够对小鼠的血管和肿瘤部位进行实时的NIR-II荧光成像。将PY-IT NPs通过尾静脉注射到荷瘤小鼠体内并在24 h后进行808 nm激光照射，可以对肿瘤实现较好的光热治疗效果（图4）。

图4. PY-IT NPs对荷瘤小鼠的光热治疗效果

【结论与讨论】

总之，作者提出了一种行之有效的聚合物构象扭曲策略，所研制的PY-IT NPs可对小鼠腹部和后肢进行精确成像，并能有效消融肿瘤组织，这一策略为高性能聚合物光诊疗试剂的开发提供了重要依据。

本文的第一作者是内蒙古大学的硕士研究生武艺帆，共同第一作者为香港科技大学科研助理教授于涵。本文的通讯作者为于涵博士、内蒙古大学姜国玉教授与王建国教授。该研究得到了国家自然科学基金、内蒙古自治区“草原英才”、内蒙古自治区自然科学基金、内蒙古自治区科技攻关计划、内蒙古自治区科技领军人才团队和内蒙古大学“骏马计划”等项目的资助。

通讯作者简介

于涵博士 香港科技大学科研助理教授。2017年本科毕业于北京大学化学与分子工程学院（导师：赵达慧教授），随后进入香港科技大学化学系攻读研究生，于2021年获得博士学位（导师：颜河教授）。毕业后获得香港特别行政区创新科技署-创新科技基金博士后资助项目，2021-2024年于香港科技大学继续博士后研究，2024起担任香港科技大学化学系科研助理教授。于涵博士主要从事新型聚合物光敏材料的设计与合成工作，着眼于探索新型聚合物光敏材料之间的构效关系，在基于全聚合物太阳能电池的效率与稳定性方面取得了重要的创新性研究成果，并数次创造全聚合物太阳能电池的效率纪录。于涵博士共发表SCI学术论文65篇，其中以第一作者/共同第一作者/通讯作者发表在《Nature Review Materials》、《Nature Communications》、《Joule》、《Advanced Materials》、《Angewandte Chemie》、《Advanced Energy Materials》、《Advanced Functional  Materials》等期刊的30篇论文，引用次数超过3400次，h-因子: 32。目前仍主要从事有机光敏材料的设计开发，用于高效、稳定的有机太阳能电池器件应用。近期也开展了近红外光敏材料在生物成像、光热癌症治疗方面的研究。

姜国玉 内蒙古大学教授，硕士生导师。2007年毕业于北京师范大学，获理学学士学位；2012年毕业于中国科学院理化技术研究所，获理学博士学位。入选内蒙古自治区第十批“草原英才”，内蒙古自治区杰出青年基金获得者、江西省杰出青年基金获得者。主要从事有机光电功能材料研究工作（包括近红外荧光材料的设计合成、光动力抗菌/抗癌研究等）。主持国家自然科学基金（4项）等各类项目15项。近五年，以第一作者或通讯作者在国际刊物Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Aggregate、ACS Nano等上发表研究论文上发表SCI论文30余篇，获授权发明专利15项。参与编写《Handbook of Aggregation-Induced Emission》（Wiley Press）英文专著第11章。

王建国 内蒙古大学教授，博士生导师。2014年毕业于中国科学院化学研究所，获理学博士学位；2016-2018年香港科技大学博士后。入选教育部青年人才计划、内蒙古自治区杰出青年、内蒙古自治区 “草原英才”青年领军人才、内蒙古自治区 “草原英才”、内蒙古自治区科技创新领军人才团队、江西省杰出青年、内蒙古大学“骏马计划”、内蒙古大学青年科技人才培育计划等人才计划。主要从事有机光电功能材料研究，以第一作者或通讯作者在国际刊物Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Aggregate等上发表研究论文80余篇，获授权发明专利30余项。主持国家自然科学基金面上、青年等基金项目20余项。现为《Aggregate》、《发光学报》、《集成技术》青年编委/编委，中国感光学会光学传感与诊疗专业委员会主任委员、中国人体健康科技促进会临床微生物与感染精准检验专业委员会常务委员。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c07896